JP2005526439A

JP2005526439A - RF power amplifier

Info

Publication number: JP2005526439A
Application number: JP2004506175A
Authority: JP
Inventors: ロナルド、コスター; ジョン、ジェイ．ハグ; ニールス、クラマー; ロブ、エム．ヘーレス
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2005-09-02
Also published as: CN1656674A; EP1510003A1; US7154339B2; US20050253656A1; WO2003098795A1; AU2003232997A1; AU2003232997A8

Abstract

この発明によるＲＦ電力増幅器は、電源装置に接続された複数の並列出力トランジスタ（ＨＢＴ，１，１ないしＨＢＴ，１，Ｎ）を備える。出力トランジスタ（ＨＢＴ，１，１ないしＨＢＴ，１，Ｎ）用の複数のベース抵抗（Ｒｂ，１，１ないしＲｂ，１，Ｎ）および複数の入力キャパシタ（Ｃｂ，１ないしＣｂ，Ｎ）が提供され、これらはそれぞれＲＦ信号入力を受信するために並列に結合されると共に、少なくとも１つの追加の受動構成要素を介して各々の対応する出力トランジスタ（ＨＢＴ，１，１ないしＨＢＴ，１，Ｎ）の入力へと接続されている。ＲＦ出力信号用の出力は、複数の出力トランジスタの並列接続から得られる。これらのトランジスタ（ＨＢＴ，１，１ないしＨＢＴ，１，Ｎ）は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタである。The RF power amplifier according to the present invention includes a plurality of parallel output transistors (HBT, 1, 1 to HBT, 1, N) connected to a power supply device. A plurality of base resistors (Rb, 1,1 to Rb, 1, N) and a plurality of input capacitors (Cb, 1 to Cb, N) for output transistors (HBT, 1,1 to HBT, 1, N) are provided. Are each coupled in parallel to receive the RF signal input and each corresponding output transistor (HBT, 1,1 to HBT, 1, N) via at least one additional passive component. Connected to the input. The output for the RF output signal is obtained from a parallel connection of a plurality of output transistors. These transistors (HBT, 1,1 to HBT, 1, N) are heterojunction bipolar transistors.

Description

この発明は、それぞれが制御電極、第１の主電極、第２の主電極を有する複数の増幅素子を備える無線周波数［Radio Frequency―ＲＦ―］電力増幅器に関し、これにより、前記複数の増幅素子の前記第１の主電極が共通の出力ノードに結合され、前記複数の増幅素子の前記第２の主電極が共通の参照ノードに結合され、前記複数の増幅素子のそれぞれの制御電極は、それぞれの入力キャパシタを介して共通の無線周波数信号入力ノードに結合されると共に、それぞれのベース抵抗を介して共通のバイアスノードに結合された電力増幅器に関する。 The present invention relates to a radio frequency (RF-) power amplifier including a plurality of amplifying elements each having a control electrode, a first main electrode, and a second main electrode. The first main electrode is coupled to a common output node, the second main electrodes of the plurality of amplifying elements are coupled to a common reference node, and the control electrodes of the plurality of amplifying elements are respectively It relates to a power amplifier coupled to a common radio frequency signal input node via an input capacitor and coupled to a common bias node via respective base resistors.

米国特許第５，６２９，６４８号は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタを備える無線周波数（ＲＦ）電力増幅器回路を開示しており、これは、ベースエミッタ電圧を有する第１のトランジスタ；電源装置およびこの電源装置に接続された電源抵抗を有し、第１のトランジスタのベース−エミッタ電圧に等しい合成電圧を生成する前記第１のトランジスタを介してＤＣ電流を流させるようにしている。少なくとも２つの多数のベース抵抗および少なくとも２つの出力トランジスタが提供され、それぞれが、その対応する多数のベース抵抗を介して合成電圧を受け入れている。ＲＦ信号入力を受信するためにそれぞれが並列に結合されると共に、それぞれの対応する出力トランジスタの入力に接続された、少なくとも２つの入力キャパシタは、ＲＦ信号入力に接続された共通の入力を有すると共に、互いにＤＣ分離される共に各出力トランジスタに接続された個別の出力を有している。ＲＦ出力信号は、それぞれのトランジスタが接地に接続されて提供された複数の出力トランジスタの並列接続から得られる。 US Pat. No. 5,629,648 discloses a radio frequency (RF) power amplifier circuit comprising a heterojunction bipolar transistor, which is a first transistor having a base emitter voltage; a power supply and the power supply And a DC current is caused to flow through the first transistor which generates a combined voltage equal to the base-emitter voltage of the first transistor. At least two multiple base resistors and at least two output transistors are provided, each accepting a composite voltage through its corresponding multiple base resistors. At least two input capacitors, each coupled in parallel to receive an RF signal input and connected to the input of each corresponding output transistor, have a common input connected to the RF signal input and Have separate outputs that are DC isolated from each other and connected to each output transistor. The RF output signal is obtained from a parallel connection of a plurality of output transistors provided with each transistor connected to ground.

ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、ＲＦ（無線周波数）電力増幅器への適用に適している。一般的に言えば、大量の電力は、電力装置内で浪費されている。熱を充分に拡散させるために、したがって、建設的な破壊を避けて、このような電力増幅器は具体的にはたくさんの小さな出力トランジスタセルを大きな半導体領域上に均一に分散させることにより形成されている。全てのセルは、半導体材料（ＳｉまたはＧａＡｓ）の断片上で加工されて、それらが並列に動作するように接続されている。このようにして、多くの小さな装置が高い電力レベルを生成する。このような増幅器の２つの公知の問題は、それらの電気的な安定性と線形性である。 Heterojunction bipolar transistors are suitable for application in RF (radio frequency) power amplifiers. Generally speaking, a large amount of power is wasted in the power device. In order to dissipate heat sufficiently, thus avoiding constructive breakdown, such power amplifiers are specifically formed by uniformly distributing many small output transistor cells over a large semiconductor area. Yes. All cells are fabricated on pieces of semiconductor material (Si or GaAs) and connected so that they operate in parallel. In this way, many small devices generate high power levels. Two known problems with such amplifiers are their electrical stability and linearity.

Summary of the Invention

この発明の目的は、改善された安定性を有するトランジスタＲＦ電力増幅器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a transistor RF power amplifier having improved stability.

この目的を達成するため、この発明は、冒頭の段落に記載された無線周波数電力増幅器において、増幅素子のそれぞれの制御電極が、前記個別のキャパシタに結合されると共に個別の追加受動構成要素にを介して前記個別のベース抵抗に結合されていることを特徴とする無線周波数電力増幅器を提供する。 To achieve this object, the present invention provides a radio frequency power amplifier as described in the opening paragraph wherein each control electrode of an amplifying element is coupled to said individual capacitor and to a separate additional passive component. A radio frequency power amplifier is provided that is coupled to the individual base resistors.

この発明に係るＲＦ電力増幅器の更なる有利点は改善された線形性である。 A further advantage of the RF power amplifier according to the present invention is improved linearity.

この発明に係る無線周波数電力増幅器の追加の有利な特徴は、従属請求項に記載されている。 Additional advantageous features of the radio frequency power amplifier according to the invention are described in the dependent claims.

これらおよび種々の他の利点およびこの発明を特徴付ける新規な特徴は、特許請求緒範囲に詳細に開示されている。しかしながら、この発明、その有利な点、その使用により達成される目的のより良い理解のために、この明細書の一部分をもまた構成する図面、および添付の説明が参照され、添付図面と共にこの発明の好適な実施形態が明らかとなる。 These and various other advantages and novel features that characterize the invention are disclosed in detail in the claims. However, for a better understanding of the invention, its advantages, and the objects achieved by its use, reference is made to the drawings that also form a part of this specification, and the accompanying description, together with the accompanying drawings. The preferred embodiment of the present invention will be apparent.

Detailed Description of the Invention

図１はＲＦ電力増幅器回路を示しており、この回路は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタＨＢＴ，１，１ないしＨＢＴ，１，Ｎと、バイアス端子で電源装置に順次に接続されるベース抵抗Ｒｂ，１，１ないしＲｂ，１，Ｎに接続されたベース端子とを備えている。入力キャパシタＣｂ，１ないしＣｂ，Ｎはそれぞれ、ＲＦ信号入力を受け入れるために並列に結合されると共に、追加抵抗Ｒｂ，２，１ないしＲｂ，２，Ｎを介して、個々の対応する出力トランジスタＨＢＴ，１，１ないしＨＢＴ，１，Ｎの個別の入力へと結合されている。入力キャパシタＣｂ，１ないしＣｂ，Ｎは、ＲＦ信号入力端子ＲＦｉｎに接続された１つの端子を有している。入力キャパシタＣｂ，１ないしＣｂ，Ｎの他の端子は、互いにＤＣ分離絶縁されて、追加抵抗Ｒｂ，２，１ないしＲｂ，２，Ｎを介して、個々の対応する出力トランジスタＨＢＴ，１，１ないしＨＢＴ，１，Ｎに接続されている。ＲＦ出力信号は、出力トランジスタＨＢＴ，１，１ないしＨＢＴ，１，Ｎの並列接続から得られている。 FIG. 1 shows an RF power amplifier circuit, which comprises heterojunction bipolar transistors HBT, 1,1 to HBT, 1, N and base resistors Rb, 1,1 which are sequentially connected to a power supply at a bias terminal. 1 to Rb, 1, and a base terminal connected to N. Input capacitors Cb, 1 to Cb, N are respectively coupled in parallel to accept the RF signal input and are connected to the respective corresponding output transistors HBT via additional resistors Rb, 2,1 to Rb, 2, N. , 1, 1 to HBT, 1, N are coupled to separate inputs. The input capacitors Cb, 1 to Cb, N have one terminal connected to the RF signal input terminal RFin. The other terminals of the input capacitors Cb, 1 to Cb, N are DC isolated and isolated from each other and are connected to the respective corresponding output transistors HBT, 1,1 via additional resistors Rb, 2,1 to Rb, 2, N. Or connected to HBT, 1, N. The RF output signal is obtained from the parallel connection of output transistors HBT, 1,1 to HBT, 1, N.

抵抗Ｒｂ，２，１ないしＲｂ，２，Ｎの追加は、回路全体の安定にとって積極的な効果を有している。安定化の効果を演算するために、所謂安定性Ｋ因数が、図２に概略的に示されるように、演算され、ヘテロ接合バイポーラトランジスタＲＦ電力増幅器は２４のセル（Ｎ＝２４）より構成され、各セルは、Ｒｂ，１と、Ｒｂ，２と、Ｃｂとを有する。 The addition of the resistors Rb, 2,1 to Rb, 2, N has a positive effect on the stability of the entire circuit. In order to calculate the effect of stabilization, a so-called stability K factor is calculated, as schematically shown in FIG. 2, and the heterojunction bipolar transistor RF power amplifier is composed of 24 cells (N = 24). Each cell has Rb, 1, Rb, 2, and Cb.

安定性に関する追加抵抗の影響を評価するために、以下のシミュレーションが実行される。比率Ｒｂ，２／Ｒｂ，１＋Ｒｂ，２は、合計Ｒｂ，１＋Ｒｂ，２を定数として維持しながら変化させられる。この合計Ｒｂ，１＋Ｒｂ，２は、同一の温度での安定性を保持するために一定に維持される。図２は、Ｋ因数と周波数とを対比したグラフであり、ここでパラメータｘは０から０．０５まで変化させられて、中間値はｘ＝０．０１，ｘ＝０．０２，ｘ＝０．０３，およびｘ＝０．０４である。安定性に関する抵抗Ｒｂ，２の効果はこのようにして実証される。 In order to evaluate the effect of additional resistance on stability, the following simulation is performed. The ratios Rb, 2 / Rb, 1 + Rb, 2 are varied while maintaining the total Rb, 1 + Rb, 2 as a constant. This total Rb, 1 + Rb, 2 is kept constant in order to maintain stability at the same temperature. FIG. 2 is a graph comparing the K factor and frequency, where the parameter x is changed from 0 to 0.05, and the intermediate values are x = 0.01, x = 0.02, and x = 0. 0.03 and x = 0.04. The effect of resistance Rb, 2 on stability is thus demonstrated.

Ｒｂ，２の値を増加させたときに、Ｋ因数が１での周波数は低くなる。もしもＫ因数が１よりも大きくなったならば、この装置は安定する。そこで、Ｒｂ，２を追加してその値を増加させることにより、この装置は一層安定するようになる。このことは、抵抗Ｒｂ，２を追加した利益を示す安定サークルを伴うスミスチャート（図）を示す図３の安定サークルにより実証されている。負荷安定サークル［load stability circles］に関連して、パラメータｘは、０から０．０５まで変化させられて、中間値はｘ＝０．０１，ｘ＝０．０２，ｘ＝０．０３，およびｘ＝０．０４となる。電源安定サークル［source stability circles］に関連して、パラメータｘは０から０．０５まで変化させられて、中間値は、ｘ＝０．０１，ｘ＝０．０２，ｘ＝０．０３，およびｘ＝０．０４となる。Ｒｂ，２の値を増加させることは、この安定サークルをより小さくさせて、この装置が安定性に関する悪影響を有する入力インピーダンス変化に対して感度を下げるようになることを示している。 When the value of Rb, 2 is increased, the frequency when the K factor is 1 decreases. If the K factor is greater than 1, the device is stable. Therefore, by adding Rb, 2 and increasing its value, the device becomes more stable. This is demonstrated by the stability circle of FIG. 3 which shows a Smith chart (figure) with a stability circle showing the benefit of adding resistance Rb, 2. In relation to load stability circles, the parameter x is varied from 0 to 0.05 and the intermediate values are x = 0.01, x = 0.02, x = 0.03, and x = 0.04. In relation to the source stability circles, the parameter x is varied from 0 to 0.05 and the intermediate values are x = 0.01, x = 0.02, x = 0.03, and x = 0.04. Increasing the value of Rb, 2 indicates that the stability circle is made smaller and the device becomes less sensitive to input impedance changes that have a negative impact on stability.

抵抗Ｒｂ，２の回路への追加は、他の電気的なパラメータ、最も著しいものとしては、電気的ゲインおよび電力付加効率についての効果を有している。改善された安定性と線形性との間の良好な交換条件［trade-off］の価値を評価するために、ゲイン・電力付加効率がＲｂ，１に関するＲｂ，２の値の関数として演算される。このシミュレーションは、ＧＳＭ（Global System for Mobile communications―移動体通信用グローバルシステム―）およびＤＣＳ（Digital Cellular System―ディジタル・セルラ・システム―）の移動電話に具体的に用いられる電力レベルを生成可能な２つの電源装置のために行なわれる。 The addition of resistors Rb, 2 to the circuit has an effect on other electrical parameters, most notably electrical gain and power added efficiency. In order to evaluate the value of a good trade-off between improved stability and linearity, the gain and power added efficiency is computed as a function of the value of Rb, 2 with respect to Rb, 1 . This simulation can generate power levels specifically used for GSM (Global System for Mobile communications) and DCS (Digital Cellular System) mobile phones 2 Performed for two power supplies.

図４および図５は、９００ＭＨｚと１８００ＭＨｚの周波数帯域での電気的ゲイン・電力付加効率におけるＲｂ，２の値の効果を示している。これらの図面より、電気的ゲイン電力付加効率の効果は、もしも抵抗Ｒｂ，２の値が低ければ、低いことは明らかである。したがって、抵抗Ｒｂ，２の付加は、安定性に関しては改善を提供すると共に、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ技術を用いるＲＦ電力増幅器を設計する際に自由度を付加する度合いを許容する。 4 and 5 show the effect of the value of Rb, 2 on the electrical gain / power added efficiency in the frequency bands of 900 MHz and 1800 MHz. From these drawings, it is clear that the effect of the electric gain power addition efficiency is low if the value of the resistance Rb, 2 is low. Thus, the addition of resistors Rb, 2 provides an improvement in terms of stability and allows a degree of freedom when designing an RF power amplifier using heterojunction bipolar transistor technology.

一方では安定性と線形性との間の交換条件を、他方では電気的ゲイン・電力付加効率を最適化する更なる改善は、抵抗Ｒｂ，２に対して並列に、および／または、直列に、付加受動抵抗構成要素を追加することにより、または、抵抗Ｒｂ，２に対して並列に付加受動容量構成要素を追加することにより、達成することができる。 Further improvements to optimize the exchange conditions between stability and linearity on the one hand and the electrical gain / power added efficiency on the other hand are in parallel and / or in series with the resistors Rb, 2. This can be achieved by adding additional passive resistance components or by adding additional passive capacitance components in parallel with the resistors Rb, 2.

この明細書に記載されたこの発明の実施形態は、図解例証する意味で採用され、この発明を制限する意味では用いられていない。種々の変形例は、特許請求の範囲に定義されたこの発明の範囲から逸脱することなしに、この技術における熟練者によりこれらの実施形態に対してなされるであろう。 The embodiments of the invention described in this specification are employed in an illustrative manner and are not used in a limiting sense. Various modifications may be made to these embodiments by those skilled in the art without departing from the scope of the invention as defined in the claims.

この発明の実施形態によるＲＦ電力増幅器回路を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing an RF power amplifier circuit according to an embodiment of the present invention. FIG. 図１のＲＦ電力増幅器の安定性における追加の抵抗の積極的な効果を明らかにするグラフである。2 is a graph that reveals the positive effect of additional resistance on the stability of the RF power amplifier of FIG. 安定サークルを有し、また図１のＲＦ電力増幅器回路の安定性に関する追加の積極的効果を表すスミス図である。FIG. 2 is a Smith diagram having a stability circle and representing an additional positive effect on the stability of the RF power amplifier circuit of FIG. ９００ＭＨｚ周波数帯域での効率を付加された電気的なゲインおよび電力のＲｂ，２の値の効果を示す特性図である。It is a characteristic figure which shows the effect of the value of Rb, 2 of the electrical gain and electric power which added the efficiency in a 900-MHz frequency band. １８００ＭＨｚ周波数帯域での効率を付加された電気的なゲインおよび電力のＲｂ，２の値の効果を示す特性図である。It is a characteristic figure which shows the effect of the value of Rb, 2 of the electrical gain and electric power which added the efficiency in a 1800 MHz frequency band.

Claims

Each includes a plurality of amplifying elements having a control electrode, a first main electrode, and a second main electrode, whereby the first main electrode of the amplifying element is coupled to a common output node, and the second main electrode of the amplifying element Are coupled to a common reference node, and the individual control terminals of the amplifier elements are coupled to a common radio frequency signal input node via individual input capacitors and to a common bias node via individual base resistors. In a radio frequency power amplifier,
Radio frequency power, wherein the individual control terminals of the plurality of amplifying elements are coupled to the individual input capacitors and to the individual base resistors via individual additional passive components. amplifier.

The radio frequency power amplifier of claim 1, wherein the additional passive component is an additional resistor.

The radio frequency power amplifier according to claim 2, wherein the additional resistor has a small impedance with respect to the impedance of the corresponding base resistor.

4. The radio frequency power amplifier according to claim 2, wherein a further additional passive component is provided in parallel and / or in series with the additional resistor.

The radio frequency power amplifier according to claim 1, wherein the amplifying element is a heterojunction bipolar transistor.